Метод расчета характеристик распыления материалов первой стенки термоядерных плазменных установок

• Автор: Семёнов, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 169 c. : ил

ГЛАВА I. Распыление конструкционных материалов в реакторах термоядерного синтеза (Обзор)

1.1. Характерные виды распыления в условиях термоядерного реактора

1.2. Эрозия элементов реактора при распылении и проблема выбора конструкционных материалов

1.3. Теоретическое описание процессов распыления.. 23 ВЫВОДЫ

ГЛАВА 2. Распыление однокомпонентных материалов легкими

ионами
2.1. Исходные уравнения задачи катодного распыления. Решение задачи в случае линейных каскадов столкновений

2.2. Модель распыления аморфных материалов

легкими ионами

2.3. Угловое распределение распыленных атомов

2.4. Энергетический спектр распыленных атомов

2.5. Расчет коэффициентов распыления легкими
ионами
2.6. Результаты расчетов
ВЫВОДЫ

ГЛАВА 3. Распыление многокомпонентных материалов легкими
ионами
3.1. Постановка задачи и исходные уравнения.
Решение для режима линейных каскадов столкновений
3.2. Модель распыления многокомпонентных аморфных веществ легкими ионами
3.3. Распыление многокомпонентных веществ постоянного состава. Режим равновесного распыления большими дозами ионов
3.4. Результаты расчетов
вывода
Глава IV. Распыление первой стенки термоядерной установки
горячей плазмой
4.1. Расчет коэффициентов распыления при взаимодействии горячей плазмы с поверхностью в условиях ТЯР
а) распыление атомами перезарядки
б) распыление ионами плазменных примесей и само-распыление
4.2. Роль распыления в процессах теплопереноеа
и образования униполярных дуг на границе горячей плазмы и проводящей поверхности
4.3. Возможность повышения точности анализа плазменных примесей, осажденных на поверхность первой стенки
вывода
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТШ

Первая стенка вакуумной камеры и некоторые другие конструкционные элементы термоядерной плазменной установки подвергаются интенсивному воздействию потоков частиц и излучений термоядерной плазмы. Одним из наиболее важных цроцессов, происходящих при взаимодействии горячей плазмы с поверхностью первой стенки, является физическое распыление материала стенки в результате бомбардировки быстрыми топливными частицами дейтерия и трития, <*. - частицами и нейтронами, образующимися в результате термоядерной реакции, а также частицами плазменных примесей. Явление физического распыления заключается в выбивании из вещества атомов поверхностного слоя под действием каскадов столкновений атомов, образованных быстрой первичной атомной частицей или нейтроном, и сопровождается разрушением поверхности.
Учет распыления в условиях ТЯР необходим как на стадии проектирования конструкции плазменной установки, так и при определении оптимальных режимов работы реактора, поскольку распыление частицами горячей плазмы является основным механизмом эрозии первой стенки термоядерной установки и ряда конструкционных элементов, непосредственно взаимодействующих с плазмой. Помимо разрушения элементов установки и связанной с этим цроблемой их периодической замены, распыление приводит к загрязнению дейтерий-тритиевой плазмы тяжелыми примесями, что в свою очередь, вызывает охлаждение плазмы и другие отрицательные изменения её свойств. Таким образом, характеристики распыления материала в значительной степени определяют возможность

спектров распыленных атомов как простых, так и многокомпонентных материалов. Расчетные методы должны быть применимы для случая распыления широкого ряда конструкционных материалов легкими частицами плазмы и частицами плазменных примесей в интер-

вале энергий 10 - 10° эВ.
4. Ни одна из существующих теорий распыления не обладает достаточной полнотой и универсальностью, необходимой для описания распыления в условиях термоядерной плазменной установки.
5. При описании распыления легкими ионами необходимо принять во внимание слудующее:
- теория распыления должна охватывать одновременно режим распыления первичных выбитых атомов и режим каскадов столкновений;
- следует подробно рассмотреть угловые и энергетические характеристики столкновительных каскадов, учесть влияние границы на распыление;
- особое внимание следует уделить описанию первичных столкновений иона с атомами вещества;
г» электронные потери энергии иона имеют второстепенное значение, если угол падения иона на поверхность мишени не слишком велик;
- условия, накладываемые на характеристики частиц, пересекающих поверхность мишени, могут быть описаны в рамках общепринятой модели плоского поверхностного потенциального барьера, высотой, близкой к энергии сублимации.